低溫等離子體VOCs治理技術
等離子體即是物質存在的固態、液態、氣態三種狀態外的第四種狀態,其實質就是物質失去電子的原子核(一般是外層電子)和電子混合存在的一種狀態,廣泛存在于宇宙中,或者“超氣態”,也稱“電漿體”。
由于放電所處階段、放電形式及放電量的不同,通過適當的方式,使得放電過程中雖然電子溫度很高,但重粒子溫度很低,由于電子在整個原子體系中占比的質量微乎其微,由于離子的低溫,所以使得整個體系呈現低溫狀態,所以稱為冷低溫等離子體,同時該類等離子體又稱為非平衡等離子體。
處理后達到以下排放標準:
《大氣污染物綜合排放標準(GB 16297-1996)》
《廣東大氣污染物排放標準(DB44 27-2001)》
低溫等離子處理機理:
低溫等離子體去除污染物的過程比較復雜,其中包含物理、化學及多種其他未知的反應過程,但目前處理機理總體普遍認為由以下幾個過程構成:
過程一:高能電子的直接轟擊
通常等離子體中的電子能量平均在5-10eV左右,而大部分的污染物的分子鍵能不超過8eV(如O-O鍵能為5.12eV,O-OH鍵能5.10eV),所以當電子轟擊到污染物分子時,會直接將污染物打碎。
過程二:O原子或臭氧的氧化
O2+e→2O
自然空氣中放電時,大氣中的氧氣會被電離(電子能量達到10eV時,空氣中的氧氣會被電離為等離子體,達到12.5eV時,氮氣會被電離),電離后的氧氣以氧原子或者O3的形式存在,由于失去共價電子對,氧原子或者O3需要從外界其他物質中奪取電子形成穩定的化學鍵,而處于激發態的污染物分子是最好的奪取電子的對象,氧原子或者O3會從這些被激發的分子上奪取電子,從而氧化這些污染物。
過程三:OH自由基的氧化
H2O+e→OH+H
H2O+O→2OH
H+O2→OH+O
一般認為在空氣中適當的水分在電子的轟擊及電場的極化作用下,會造成OH自由基的產生,OH自由基在化學性質上表現為缺少一個電子組成穩定物質的基團,需要從其他物質上奪取一個電子來形成穩定的物質,并且表現的獲取電子的能力超過O3,即氧化性比O3更強,OH自由基會將激發態的污染物分子的電子奪走,進而氧化污染物(在水處理過程中著名的芬頓高級氧化法,便是利用OH自由基氧化高穩定性的環結構有機物)。所以適當的水分有利于處理能力的提升。
過程四:分子碎片+氧氣的反應
在過程一中的污染物分子由于受到電子轟擊,形成大量的分子碎片,這些分子碎片由于化學鍵需要電子來重新形成穩定的物質,此時空氣中的氧氣,氧原子,O3及OH自由基極易和這些分子碎片結合奪取電子,進而氧化處理掉這些分子碎片。
低溫等離子體工藝技術優點:
1.低溫等離子體技術應用于惡臭氣體治理,具有處理效果好,運行費用低廉、無二次污染。
2.在等離子體中幾乎所有的廢氣分子都處于高激發態,反應活性都大幅度提高。
3.反應速度快,通常在數毫秒至數百毫秒內即可完成反應,使得處理設備體積小。
4.應用范圍廣闊,基本不受氣溫和污染物成分的影響,對惡臭異味的臭氣濃度有良好的分解作用,惡臭異味的去除率達80-98%,處理后的氣體臭氣濃度達到國家標準。
5.等離子反應可以隨時開啟隨時停止,不需要預熱時間,對工況要求較低,特別適合非連續工作的場合廢氣處理。
6.反應物總體溫升低,一般低于5℃的溫升,熱損失很少。
工藝技術應用領域:
該工藝用于各類濃度的有機廢氣處理,可處理苯類、酮類、醇類、醚類、烷類及其混合類有機廢氣,主要用于化工、機械、電子、電器、涂裝、制鞋、橡膠、塑料、印刷、污水除臭、污泥烘干及各種工業生產車間產生的有害廢氣處理。